Polimeri biocompatibili: un materiale isolante per i neuroni danneggiati
I polimeri biocompatibili sono strutture cellulari geneticamente modificate con capacità selettive per studiare il cervello e malattie come sclerosi multipla e autismo.
La ricerca è stata incentrata sulla costruzione di polimeri biocompatibili che hanno la possibilità di avvolgere determinati neuroni senza intaccare quelli vicini. Le proprietà del polimero, isolante e conduttiva, realizzano una sorta di scudo sui neuroni e possono essere modulate a seconda delle cellule bersaglio. Un nuovo strumento per studiare il cervello e malattie come sclerosi multipla e autismo.
Il lavoro parte dalla realizzazione di una tecnica che riprogramma le cellule con l’utilizzo di materiali sintetici per costruire cellule artificiali capaci di svolgere funzioni specifiche all’interno del corpo.
Le cellule sono state assemblati chimicamente con un obiettivo geneticamente mirato, quello che chiamano GTCA, genetically targeted chemical assembly, per costruire strutture artificiali sulle cellule cerebrali dei mammiferi e sui neuroni nel piccolo verme chiamato C. elegans. Le strutture sono state realizzate utilizzando due diversi materiali biocompatibili con diverse proprietà elettroniche: un materiale isolante e un materiale conduttore.
La tecnica prevede la riprogrammazione genetica delle cellule che si vogliono influenzare con tecniche di bioingegneria standard. Per fornire istruzioni è stato aggiunto un enzima, chiamato APEX2, in neuroni specifici.
Abbiamo trasformato le cellule in una sorta di ingegneri chimici che usano materiali per costruire polimeri funzionali che cambiano i loro comportamenti in modo specifico
ha affermato Karl Deisseroth, professore di bioingegneria e di psichiatria e scienze comportamentali, che ha co-guidato il lavoro.
I ricercatori sono stati in grado di tessere reti artificiali con proprietà sia isolanti che conduttive intorno solo ai neuroni che desideravano.
In laboratorio si è visto che il contatto tra il perossido di idrogeno e i neuroni con l’enzima APEX2 ha innescato una serie di reazioni chimiche che hanno unito le molecole in una catena, un polimero, con caratteristiche simili ad una rete. I ricercatori sono stati in grado di tessere reti artificiali con proprietà sia isolanti che conduttive intorno solo ai neuroni che desideravano.
I polimeri hanno cambiato le proprietà dei neuroni. A seconda del polimero che si è formato, i neuroni si sono attivati più velocemente o più lentamente. Nel caso del verme C. elegans la formazione di questo polimero ha alterato in modo opposto i sui movimenti.
La nuova tecnica è vista come un vero e proprio strumento di esplorazione.
La riprogrammazione potrebbe essere utile per studiare malattie come ad esempio la sclerosi multipla, causata dalla sfilacciatura dell’isolamento della mielina attorno ai nervi. Queste cellule sperimentali potrebbero essere utili ad esempio se le cellule malate potessero essere indotte a formare polimeri isolanti in sostituzione a quelli danneggiati.
Allo stesso modo potrebbero essere utili per l’autismo. In questo caso si potrebbe verificare se la formazione di polimeri conduttivi sui neuroni che non funzionano correttamente nell’autismo o nell’epilessia possano modificare tali condizioni.
Il lavoro realizzato dai ricercatori dell’Università di Stanford è stato pubblicato a marzo sulla rivista Science.
